В течение 1970-х годов ученые подтвердили, что радиоизлучение, исходящее из центра нашей галактики, было вызвано наличием сверхмассивной черной дыры (SMBH). Расположенная примерно в 26 000 световых лет от Земли между созвездием Стрельца и Скорпиона, эта особенность стала известна как Стрелец A *. С тех пор астрономы поняли, что в большинстве массивных галактик в центре находится SMBH.
Более того, астрономы пришли к выводу, что черные дыры в этих галактиках окружены массивными вращающимися потоками пыли и газа, которые и составляют энергию, которую они излучают. Однако только недавно группа астрономов, используя Большой миллиметровый / субмиллиметровый массив Atacama (ALMA), смогли получить изображение вращающегося пыльного газового тора вокруг сверхмассивной черной дыры M77.
Исследование, которое детализирует их результаты, недавно появилось в Письма Астрономического Журнала под названием «АЛМА раскрывает неоднородный компактный вращающийся плотный молекулярный тор в ядре NGC 1068». Исследование было проведено группой японских исследователей из Национальной астрономической обсерватории Японии - во главе с Масатоши Иманиши - при содействии Университета Кагосимы.
Как и большинство массивных галактик, M77 имеет Активное Галактическое Ядро (AGN), где пыль и газ накапливаются на его SMBH, что приводит к светимости, превышающей нормальную. Некоторое время астрономы ломали голову над любопытными отношениями, которые существуют между SMBH и галактиками. В то время как более массивные галактики имеют более крупные SMBH, галактики-хозяева все еще в 10 миллиардов раз больше, чем их центральная черная дыра.
Это, естественно, вызывает вопросы о том, как два объекта совершенно разных масштабов могут напрямую влиять друг на друга. В результате астрономы попытались изучить AGN, чтобы определить, как галактики и черные дыры сосуществуют. Ради их исследования команда провела наблюдения с высоким разрешением центральной области M77, спиральной галактики с перемычкой, расположенной на расстоянии около 47 миллионов световых лет от Земли.
Используя ALMA, команда изобразила область вокруг центра M77 и смогла найти компактную газовую структуру с радиусом 20 световых лет. Как и ожидалось, команда обнаружила, что компактная структура вращалась вокруг галактики вокруг центральной черной дыры. Как объяснил Масатоши Иманиши в пресс-релизе ALMA:
«Чтобы интерпретировать различные наблюдательные особенности AGN, астрономы предположили вращающиеся структуры, напоминающие пончики, из пылевого газа вокруг активных сверхмассивных черных дыр. Это называется «унифицированная модель» AGN. Тем не менее, пыльный газообразный пончик очень мал по внешнему виду. Благодаря высокому разрешению ALMA теперь мы можем непосредственно видеть структуру ».
В прошлом астрономы наблюдали центр M77, но до сих пор никто не смог разрешить вращающийся тор в его центре. Это стало возможным благодаря превосходному разрешению ALMA, а также выбору линий молекулярной эмиссии. Эти линии выбросов включают цианистый водород (HCN) и формильные ионы (HCO +), которые излучают микроволны только в плотном газе, и монооксид углерода - который излучает микроволны в различных условиях.
Наблюдения за этими эмиссионными линиями подтвердили еще одно предсказание, сделанное командой, состоящее в том, что тор будет очень плотным. «Предыдущие наблюдения показали удлинение запыленного газообразного тора с востока на запад», - сказал Иманиши. «Динамика, выявленная на основе наших данных ALMA, точно соответствует ожидаемой ориентации тора во вращении».
Однако их наблюдения также показали, что распределение газа вокруг SMBH является более сложным, чем то, что предлагает простая унифицированная модель. Согласно этой модели, вращение тора будет следовать гравитации черной дыры; но то, что обнаружили Иманиши и его команда, показало, что газ и пыль в торе также демонстрируют признаки очень случайного движения.
Это может быть признаком того, что AGN в центре M77 имеет жестокую историю, которая может включать в себя слияние с небольшой галактикой в прошлом. Короче говоря, наблюдения команды показывают, что слияние галактик может оказать значительное влияние на то, как формируются и ведут себя AGN. В этом отношении их наблюдения тора M77 уже дают подсказки об истории и эволюции галактики.
Изучение малого и среднего бизнеса, хотя и интенсивное, также очень сложное. С одной стороны, ближайший SMBH (Sagitarrius A *) относительно тихий, на него накапливается лишь небольшое количество газа. В то же время он расположен в центре нашей галактики, где он скрыт от пыли, газа и звезд. Таким образом, астрономы вынуждены смотреть на другие галактики, чтобы изучить, как сосуществуют SMBH и их галактики.
И благодаря десятилетиям исследований и улучшениям в приборостроении, ученые впервые начинают ясно видеть эти загадочные регионы. Благодаря возможности их детального изучения астрономы также получают ценную информацию о том, как такие массивные черные дыры и их кольцевые структуры могут со временем сосуществовать со своими галактиками.
